JP2722623B2 - 樹脂接合型非球面レンズの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主要部を成すガラスレンズの表面に所望の
非球面形状を有する薄い樹脂成形層を直に成形してなる
樹脂接合型非球面レンズに関する。

〔従来の技術〕

カメラ、顕微鏡などの光学製品に使用されるレンズ
は、主としてガラス製レンズが用いられている。

ガラス製レンズは、溶融状態のガラスからプレス成形
されたガラスブロック（レンズブランクと呼ばれる）を
粗い研削→精研削→研磨等の工程からなる機械加工によ
り所望の曲率、表面誤差、表面粗さを有するレンズを製
造している。

他方、ガラスに代えて樹脂を用い、プレス成形、射出
成形、注型などの方法で樹脂製レンズを製造する方法も
実用化されている。この方法は、一度鋳型を製作してお
けば、それを用いて大量のレンズを量産できることか
ら、製造コストが安いという特徴がある。

しかし、樹脂製レンズは、温度変化により光学性能が
大きく変動するという致命的欠点があり、精密なレンズ
には使用されていない。

一方、レンズには、非球面レンズというものがあり、
球面レンズでは得られない優れた性能を有することから
重用されている。

この非球面レンズは、球面ではないことから、ガラス
から製造しようとすれば、レンズブランクを研削機械で
加工することにより１個１個製造せざるを得ない。その
ため、製造コストは、球面レンズよりも相当に高いもの
となる欠点がある。

そこで、予め主要部となるガラス製の球面レンズを製
造し、このレンズと「所望の非球面とは反転した面を有
する鋳型」との間に溶融された樹脂又はモノマー又は硬
化性樹脂を挟み、その上で固化又は重合又は硬化させる
ことにより、所望の非球面を有する薄い樹脂成形層をそ
の場で成形、接合した樹脂接合型非球面レンズが提案さ
れている。

例えば、特開昭60−56544号の発明がその一つであ
る。この発明（以下、先行技術という）では、樹脂成形
層を、ガラスレンズ面上に直に成形された比較的厚い
第１樹脂成形層（以下、第１層と略す）と、その上に直
に成形された比較的薄い所望の非球面形状を有する第
２樹脂成形層（以下、第２層と略す）との２層で構成し
ている。

この理由は、硬化時の収縮歪みが小さく、耐候性が高
く、しかも硬度の高い理想的な樹脂を入手することが現
在のところ不可能であるが、（１）硬化時の収縮歪みが
小さいだけの樹脂及び（２）耐候性が高く、しかも硬度
の高いだけの樹脂をそれぞれ入手することは現在でも可
能であることから、外層となる第２層に後者（２）の樹
脂を少量（その方が収縮歪みが少なくて済む）使用して
薄く形成し、内層となる第１層に前者（１）の樹脂を多
量に使用して厚く形成することで、理想的な樹脂を使用
したときの利点を実現したいからである。

ところで、先行技術のレンズは、第１層を第２層より
厚く形成しており、従って、中心部における厚さも、第
１層の厚さは、第２層より厚い（第２図参照）。

しかしながら、樹脂成形層の厚さは、硬化時の歪み
量が大きいこと、並びにガラスに比較して硬度、耐温
度光学特性及び耐久性が劣ることなどの理由からできる
だけ薄いことが望ましい。

特に樹脂の種類を１種にすることによりコストダウン
を図ろうとすると、どうしても（１）硬化時の収縮歪み
が小さいだけの樹脂及び（２）耐候性が高く、しかも硬
度の高いだけの樹脂の中間の樹脂を選択することにな
り、結局、そのような樹脂は、硬化時の収縮が先行技術
の第１層のそれより大きくなる。このような樹脂のとき
には、特に形状誤差が大きくなる。

一般に、非球面レンズの表面形状は、周辺部ほど球面
からのズレが大きいので、樹脂接合型非球面レンズで
は、樹脂成形層の厚さは、周辺部ほど厚く、中心部ほど
薄い。

従って、樹脂成形層全体を薄くしようとすると、必然
的に中心部は更に薄くなる（例えば、40μｍ以下）。そ
のため、先行技術に従うと、第１層に比べ薄い第２層は
極めて薄く例えば10μｍ以下の厚さに成形しなければな
らない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、実験してみると、成形性の問題から膜
厚を薄くすることにも限界がある。成形性の問題とは、
樹脂をガラスレンズ又は金型の上に滴下し、ガラスレン
ズと金型との間隔を狭める際に発生する次の問題であ
る。

（１）樹脂量が少ないのでガラスレンズと金型との間隔
全体に行き渡るのに時間がかかることから、ガラスレン
ズ又は金型を一方から他方に押す圧力を増やすので、ガ
ラスレンズが変形して形状誤差が大きくなってしまう。

（２）均一な厚さの第２層の膜厚を20μｍ以下特に10μ
ｍ以下にすると、樹脂中に泡が入り易く、また、入って
しまった泡を脱泡することも困難になる。

〔課題を解決するための手段〕

そこで、鋭意研究したところ、本発明者らは、ほぼ
均一な膜厚である第２層は約20μｍ以上である必要性
（問題点（２））、及び第１層及び第２層の中心部の
膜厚の合計が約30μｍ〜約50μｍが好ましいを見いだし
た。

これらを踏まえて各層の膜厚を決定すると、第２層は
約20μｍ〜約50μｍであり、また第１層は第２層より安
定して成形可能である点を考慮すると、相対的に第１層
の中心部はほぼ均一な膜厚である第２層に比べて結果的
に薄くせざる得ない。

また、第１層は、薄いのは中心部だけであり、周辺部
では厚さが少なくとも約50μｍ〜約200μｍあるので、
ガラスレンズ又は金型に滴下される樹脂量は多い。同様
にほぼ均一な膜厚である第２層は、膜厚が約20μｍ〜約
50μｍであるので、ガラスレンズ又は金型に滴下される
樹脂量は多い。従って、問題点（２）は解消される。

よって、本発明は、 「ガラスレンズの表面に樹脂成形層を形成してなる樹脂
接合型非球面レンズの製造方法において、 ガラスレンズの表面上に周辺部が厚く、中心部が薄い紫
外線硬化型樹脂からなる第１層を形成する第１工程と、 約20μｍ〜約50μｍの範囲内の膜厚で、前記第１層の中
心部の膜厚より厚くほぼ均一である、前記第１層と同一
の紫外線硬化型樹脂からなる第２層を形成する第２工程
と、 を備えた樹脂接合型非球面レンズの製造方法」を提供す
る。

〔作用〕

主要部を成すガラスレンズの樹脂層を乗せるR2面は、
所望の非球面に近似の非球面でも球面でもよい。非球面
でもよい理由は、ガラス製であるものの、所望の加工精
度よりも荒くてよいのであれば、さほど製造コストは高
くならないからである。このような非球面又は球面ガラ
スレンズの製造方法は、既に公知であり、また市販のレ
ンズ研削機械、レンズ研磨機械等により容易に製造可能
である。

本発明のレンズを製造するには、例えば、第１工程で
ガラスレンズと「所望の非球面とは反転した面を有する
鋳型」との間に、溶融された樹脂又はモノマー又は硬化
製樹脂を挟み、その上でそれを固化又は重合又は硬化さ
せることで中心部の厚さが相対的に薄い第１層を成形
し、得られた半製品を第２工程で第１層と「所望の非球
面とは反転した面を有する鋳型」との間に、再び溶融さ
れた樹脂又はモノマー又は硬化性樹脂を挟み、その上で
それを固化又は重合又は硬化させることで中心部の厚さ
が相対的に厚く、ほぼ均一な厚さを有する第２層を成形
すればよい。

第１層の厚さは、中心部で一般に０〜30μｍが好まし
く、第２層のそれは、一般に20〜50μｍ特に25〜35μｍ
が好ましい。第１、第２層合計の厚さは、30〜50μｍが
好ましい。

所定の厚さの第１層、第２層を得る手段には、主とし
て２つあり、（１）ガラスレンズ（又は半製品）と鋳型
とを所定間隔で予め固定しておき両者の隙間に樹脂を入
れる手法（射出成形、注型成形等）、（２）ガラスレン
ズ（又は半製品）又は鋳型の一方の上に所定量の樹脂を
乗せておき、樹脂が逃げないようにして他方を押しつけ
る手法（プレス成形等）がある。

ガラスレンズを予めシランカップリング処理しておく
ことは、第１層との密着性が高まるので好ましい。

使用される樹脂としては、例えばポリメチルメタクリ
レート（アクリル樹脂）、熱可塑性ポリエステル、ポリ
塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネートなどの熱
可塑性樹脂、使用されるモノマーとしては、メチルメタ
クリレート、エチルメタクリレート、メチルアクリレー
ト、エチルアクリレート、ブチルアクリレートなどのア
クリレート、アクリル酸、スチレン、ブタジエン、ジビ
ニルベンゼンなどのエチレン系不飽和モノマー、使用さ
れる硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエ
ステル、ポリウレタン、紫外線硬化性樹脂などの熱硬化
性樹脂が挙げられる。

第１層と第２層の樹脂は、同種でも異種でもよいが、
両者の屈折率、分散率、熱膨張率等の諸物性が同一又は
近似のものが好ましい。何故ならば、屈折率及び分散率
が異なると第１層、第２層の界面で光の屈折、反射等が
生じて光学性能が低下するからであり、また、熱膨張率
が異なると長いこと使用したとき、界面で剥離してくる
からである。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれに限定されるものではない。

〔実施例〕

第１図は、本実施例の樹脂接合型非球面レンズ（凹レ
ンズ）の部分断面図であり、ガラスレンズ１のR2面（所
望の非球面に近似の球面を有する）に第１層２、第２層
３が順に成形されている。

ガラスレンズ１は、外径φ30mm、中心厚2mmで、R1面
（凹面）が曲率20mmで、R2面（凸面）が曲率70mmで、両
面とも研磨してある。

ガラスレンズ１のR2面（凸面）側に成形された第１層
２は、中心部ので厚さが10μｍで周辺部での厚さが200
μｍである。

第１層２上に成形された第２層３は、全体にほぼ均一
な厚さを有し、中心部、周辺部での厚さが共に30μｍで
ある。

つまり、中心部での厚さを比較すると、第１層２は第
２層３に比べ1/3と薄い。

次に、この樹脂接合型非球面レンズの製造工程を説明
する。

先ず、上述の形状を有するガラスレンズ１を用意し、
そのR2面をシランカップリング処理する。このレンズ１
は予め芯出しされている。

また、別途、所望の非球面とは反転した内面を有し、
その面の形状誤差が所望の値より小さい0.1μｍ以下の
金型４を用意する。

この金型４は予め芯出しされている。

第１工程：第３図に示すように円筒形ジグ５の中に金型
４を落とし入れる。

第２工程：金型４の上に例えば商品名アロニックスUV37
00やアロニックス3033HV（東亜合成化学株式会社製）の
ような紫外線硬化性樹脂ｍを30mg適下する。

第３工程：ガラスレンズ１をR2面を下にした円筒形ジグ
５の中に落とし入れ、ガラスレンズ１を樹脂ｍに押しつ
けることにより樹脂ｍを両者で挟み込む。

第４工程：ガラスレンズ１を通して紫外線を照射して樹
脂ｍを硬化させることにより、第１層２をその場でレン
ズ１の上に直に成形する。

これにより形状誤差３μｍ以下の第１層２を得る。

第５工程：得られた半製品をジグ５から取り出し、金型
４から離型する。

第６工程：前工程で離型した金型４を再び同じジグ５の
中に落とし入れる。

第７工程：金型４の上に第２工程で使用した樹脂と同一
の樹脂ｍを18mg適下する。

第８工程：第５工程で離型した半製品を、第１層２を下
にして円筒形ジグ５の中に落とし入れ、半製品を樹脂ｍ
に押しつけることにより樹脂ｍを両者で挟み込む。

第９工程：半製品を通して紫外線を照射して樹脂ｍを硬
化させることにより、第２層３をその場で第１層２の上
に直に成形する。

こうして、本実施例のレンズ（形状誤差0.3μｍ以
下）が得られた。

なお、ガラスレンズ１のシランカップリング処理に
は、例えば商品名KBM503（信越化学株式会社製）を2wt
％エタノール溶液に稀釈して使用すればよい。

また、金型４と樹脂成形層との剥離性を良くするため
に、金型表面にニッケルメッキの如き表面処理を施して
おくとよい。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明に従い、周辺部に比べて薄くなる
中心部での厚さを、第２層に比べ第１層を薄くすれば、
全体の厚さを薄くしても、第２層の厚さ（ほぼ均一な厚
さ）を比較的厚く確保でき、そのため、表面の形状誤
差を小さくすることができ、それでいて、全体の厚さ
を薄くすることができるので、表面の形状誤差の悪化が
防止され、また、周囲温度が向上しても形状誤差の悪化
が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例にかかる樹脂接合型非球面レ
ンズの断面を示す概念図である。 第２図は、従来の実施例にかかる樹脂接合型非球面レン
ズの断面を示す概念図である。 第３図は、実施例のレンズを製造する途中工程を示す説
明図である。 ＊いずれもデホルメしてあり、正確な寸法比を表さな
い。 〔主要部分の符号の説明〕 １……ガラスレンズ ２……第１樹脂成形体層（第１層） ｍ……硬化前の樹脂 ３……第２樹脂成形体層（第２層） ４……金型（鋳型の一例） ５……ジグ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガラスレンズの表面に樹脂成形層を形成し
   てなる樹脂接合型非球面レンズの製造方法において、 ガラスレンズの表面上に周辺部が厚く、中心部が薄い紫
   外線硬化型樹脂からなる第１層を形成する第１工程と、 約20μｍ〜約50μｍの範囲内の膜厚で、前記第１層の中
   心部の膜厚より厚くほぼ均一である、前記第１層と同一
   の紫外線硬化型樹脂からなる第２層を形成成する第２工
   程と、 を備えた樹脂接合型非球面レンズの製造方法。